Расчет морской стационарной платформы сквозного типа
![]()
|
Министерство науки и образования РФ Волгоградский государственный технический университет Кафедра «Нефтегазовые сооружения» Курсовой проект на тему: «Расчет морской стационарной платформы сквозного типа» Вариант 6 Выполнил: ст. гр. МНС-1-18 Борисенко М. Б. Проверил: Габова В.В. Волгоград 2020 Исходные данные: Район 3 Подрайон 2 Размер базы 25х15 м Глубина 20 м Нагрузка на палубу 2 Максимальные скорости ветра, м/с: При двухминутном интервале осреднения V(2): 46 м/с При десятиминутном интервале осреднения V(10): 38 м/с 1. Определение клиренса Отметка нижней части надводных строений морской стационарной платформы, отсчитываемая от нуля Кронштадтского футштока определяется по: Нкл = Ну, max + 1,1ħ0,1 + Δhset + Hпр Hпр – наибольшая высота прилива. Hпр = 1,35 м Ну, max – наивысший годовой уроень моря обеспеченностью 1%, м, отсчитываемый от нуля Кронштадтского футштока. Ну, max = 1,6 м ħ0,1 – высота волны. ħ0,1 = 12,3 м Δhset – высота ветрового нагона (СП 38.13330.2012 прил. Б1) Δhset = d( ![]() αw – угол между продольной осью водоема и направление ветра, град. сosαw = 1 Vw – расчетная скорость ветра, м/с; L – длина разгона. L = kvis ![]() kw = 3(1+0,3Vw)∙10-7 Vw = kflklVl kfl – коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеряемый по флюгеру, принимаемы по формуле kfl = 0,675 + ![]() kl – коэффициент приведение скорости ветра к условиям водной поверхности. kl = 1,09 kfl = 0,675 + ![]() Vw = 0,79∙1,09∙38 = 32,72 kw = 3(1+0,3∙32,72) ∙ 10-7 = 32,448∙10-7 L = 5∙1011∙ ![]() Δhset = 20( ![]() Нкл = 1,6 + 1,1∙12,3 + 2,55 + 1,35 = 19,03 м Принимаем Нкл = 19,1 м. Общая высота Н = Нкл + d = 19,1 + 20 = 39,1 м. ![]() 2. Снеговые нагрузки Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по [1] п.10: S0 = сeсtμSg, где сe - коэффициент, учитывающий снос с него с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с п.10.5. сe = 1. сt - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с п.10.10. ct = 1 μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с п.10.4. μ = 1. Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с п.10.2. Sg = 1,5 кН/м2. S0 = 1∙1∙1∙1,5 = 1,5 кПа S = 35∙25 = 875 м2 F = S∙S0 = 875∙1,5 = 1312,5 кН F1 = F2 = F3 = F4 = ![]() ![]() 3. Воздействия ветра Нормативное значение среде составляющей ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по [1] п.11: Wm = W0k(ze)c , где W0 – нормативное значение ветрового давления. W0 = 0,38 кПа k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze k(ze): при 5 = 0,75; 10 = 1; 19,1 = 1,2275; c – аэродинамический коэффициент ct = cx(1+η)k1, где сx – определяется так же, как и для отдельно стоящей фермы; η - определяется так же, как и для ряда плоских ферм; η = 0,95; ![]() ![]() cxi – аэродинамический коэффициент i-го элемента конструкций, определяемый в соответствии с указаниями B.1.12; Ai – площадь проекции i-го элемента конструкции; Ak – площадь, ограниченная контуром конструкции. Кλ = 1; Ак= Нкл×15 = 19,03×15 = 285,45 м2 Апояса = 15×0,63×3 = 28,35 м2 Астойки= 19,03×1,02×2 = 38,82 м2 Араскоса= (2×5,74+2×17+2×11+4+2,7) ×0,426 = 31,601 м2 Сх = Кλ∙Сх∞; Сх∞ определяется по [1], рисунок В.17 в зависимости от числа Re и отношения шероховатости ![]() стойка = ![]() ![]() пояс = ![]() ![]() раскос = ![]() ![]() Re - Число Рейнольдса определяется по [1], В.1.11. Re=0.88×d√(Wo ×K(ze) × γf)×105 где d, м, - диаметр сферы; W0, Па, - определяется в соответствии с 11.1.4; k(ze) - определяется в соответствии с 11.1.6; Yf - коэффициент надежности по нагрузке, см. 11.1.12. Yf = 1,4; Re=0.88×1,02√(0,38×103×1,228×1,4) × 105 = 23×105 Re=0.88×0,63√(0,38×103×1,228×1,4) × 105 = 14,2×105 Re=0.88×0.426√(0,38×103×1,228×1,4) ×105 = 9,6×105 Cх∞стойка = 0,48; Cхiстойка = 0,48; Cх∞пояс = 0,93; Cхiпояс = 0,93; Cх∞раскос = 1,2; Cхiраскос = 1,2; Cх = 0,29 Сt ![]() Сt ![]() Wm ![]() Wm ![]() Wm ![]() Wm ![]() Wm ![]() Wm ![]() ![]() Активная составляющая нагрузки: При z=5; W = 0,161×7,5×0,8 = 0,966 кН/м; При z=10; W = 0,215×7,5×0,8 = 1,29 кН/м; При z=19,1; W = 0,264×7,5×0,8 = 1,584 кН/м; Пассивная составляющая нагрузки: При z=5; W = 0,161×7,5×0,6 = 0,7245 кН/м; При z=10; W = 0,215×7,5×0,6 = 0,9675 кН/м; При z=19,1; W = 0,264×7,5×0,6 = 1,188 кН/м; ![]() Активная составляющая нагрузки (1,2,3 стойки): 1 стойка: W = 0,194×3,86×0,8 = 0,599 кН/м; W = 0,258×3,86×0,8 = 0,797 кН/м; W = 0,317×3,86×0,8 = 0,979 кН/м; 2 стойка: W = 0,194×14,58×0,8 = 2,263 кН/м; W = 0,258×14,58×0,8 = 3,009 кН/м; W = 0,317×14,58×0,8 = 3,698 кН/м; 3 стойка: W = 0,194×10,72×0,8 = 1,664 кН/м; W = 0,258×10,72×0,8 = 2,213 кН/м; W = 0,317×10,72×0,8 = 2,719 кН/м; Пассивная составляющая нагрузки (3,4,1 стойки): 3 стойка: W = 0,194×3,86×0,6 = 0,499 кН/м; W = 0,258×3,86×0,6 = 0,598 кН/м; W = 0,317×3,86×0,6 = 0,734 кН/м; 4 стойка: W = 0,194×14,58×0,6 = 1,697 кН/м; W = 0,258×14,58×0,6 = 2,257 кН/м; W = 0,317×14,58×0,6 = 2,773 кН/м; 1 стойка: W = 0,194×10,72×0,6 = 1,248 кН/м; W = 0,258×10,72×0,6 = 1,659 кН/м; W = 0,317×10,72×0,6 = 2,039 кН/м; 4. Волновая нагрузка Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения. Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду. [2] Е.1 Максимальная сила воздействия волн max Q , кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами a ≤ 0,4λ и b ≤ 0,4λ при глубине d > dcr определяется из ряда значений, получаемых при различных удалениях æ = x/λ вершины волны от преграды, 1 ряд æ = x/λ = 0; 2 ряд æ = x/λ = 0,11 по формуле: Qmax =Qi, maxδi + Qv, maxδv где Qi, max и Qv, max – соответственно инерционный и скоростной компоненты силы воздействия волн, кН: Qi, max = ![]() Qi, max = 0,25∙1,015∙9,81∙3,14∙1,0202∙12,3∙1∙0,975∙1 = 97,425 кН; Qv, max = ![]() Qv, max = 0,083∙9,81∙1,015∙1,020∙12,32 ∙12∙2,45∙0,65 = 203,705 кН; 1 ряд: δi =0, δv =1; 2 ряд: δi =1,08, δv =0,18 – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.1; h =12,3 и λ = 155 – высота и длина расчетной волны; a = 1,02 – размер преграды по лучу волны, м; b = 1,02 – размер преграды по фронту волны, м; kv = 1 – коэффициент перехода от действительных значений скорости и ускорения волнового потока, воздействующего на преграду, к их средним значениям (таблице Е.1); αi = 0,975 и αv = 2,45 – инерционный и скоростной коэффициенты глубины, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка Е.2; βi = 1 и βv = 0,65 – инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3. 1 ряд: Qmax = Qv, max = 203,705 кН; 2 ряд: Qmax = 97,425∙1,08 + 203,705∙0,18 = 141,886 кН; [2] Е2. Линейную нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтекаемую преграду на глубине z, при максимальной силе от воздействия волн Qmax (рис.8, а) следует определять по формуле: ![]() где qi, max и qv, max - инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам: ![]() ![]() δxi и δxv – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении æ согласно Е.1; θxi и θxv – коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые по графикам а и б рисунка Е.5 при значениях относительной глубины ![]() ![]() [2] Е.3 Превышение взволнованной поверхности η, м, над расчетным уровнем должно определяться по формуле ![]() где ηrel относительное превышение взволнованной поверхности, определяемое по рисунку Е.6. 1 ряд: ηrel = -0,61; 2 ряд: ηrel = -0,18; [3] Е.5 Расстояние zQmax , м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду Qmax определяется по формуле: ![]() где δi и δv – коэффициенты, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.1 при значении æ, соответствующем Qmax; zQi и zQv – ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил, м, определяемые по формулам: ![]() ![]() где ![]() ![]() 1 ряд: μi = 0,67; μv = 1; 2 ряд: μi = 0,89; μv = 1,5 – инерционный и скоростной коэффициенты фазы, принимаемые по графикам рисунка Е.8. 1 ряд стоек: zQi = 6,023; zQv = 1,55; ZQmax = 1,55; 2 ряд стоек: zQi = 8,001; zQv = 2,325; ZQmax = 4,55; Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду. [2] Е.11 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн Pmax, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (рисунок 8,б) с поперечными размерами a ≤ 0,1λ, м, и b ≤ 0,1λ, м, при zc ≤ b, но (zc–b/2) > h/2 и при (d–zc) ≥ b должно определяться по формуле: ![]() для двух случаев: - с максимальной горизонтальной составляющей нагрузки Px,max, кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей нагрузки Pz, кН/м; - с максимальной вертикальной составляющей нагрузки Pz,max, кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной Px, кН/м. Расстояние x, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных нагрузок Px,max и Pz,max должны определяться по относительной величине æ=x/λ, принимаемой согласно рисункам Е.4 и Е.11; [2] Е.12 Максимальное значение горизонтальной составляющей нагрузки от волн Px,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду определяется из ряда величин, получаемых при различных значениях æ, по формуле ![]() где Pxi и Pxv – инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам: ![]() ![]() δxi и δxv – коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении æ согласно Е.1; 1 ряд: δxi= 0; δxv= 1 2 ряд: δxi= 0,88; δxv= 0,18 θxi и θxv – то же, что и в Е.2; βi и βv – инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3 при значениях a/b – для горизонтальной и b/a – для вертикальной составляющих нагрузки. ![]() [2] Е.13 Максимальное значение вертикальной составляющей нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду Pz,max, кН/м, следует определять из ряда величин, получаем при разных значениях æ по формуле ![]() где Pzi и Pzv – инерционный и скоростной компоненты вертикальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам: ![]() ![]() δzi и δzv – инерционный и скоростной коэффициенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.11. 1 ряд: δzi= 1; δzv= 0; 2 ряд: δzi= 0,32; δzv= 0,72; θzi и θzv – коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые соответственно по графикам в и г рисунка Е.5 при значениях относительной ординаты ![]() ![]() Гидростатическое давление на элементы опорного блока. ![]() g –ускорение свободного падения (9,81 м/с2); h –глубина расположения элемента; d –диаметр элемента; l – длина труб; Пояса: l= 15 Р5,3=1,015∙9,81∙0,63∙5,3/15= 2,216 кН\м; Р13,3=1,015∙9,81∙0,63∙13,3/15= 5,562 кН\м; Р20=1,015∙9,81∙0,63∙20/15= 8,364 кН\м; Раскосы: l5,3= 11,26;l13,3= 17;l20= 16,43; Р5,3=1,015∙9,81∙0,426∙2,65/11,26 = 0,997 кН\м; Р13,3=1,015∙9,81∙0,426∙9,3/17 = 2,318 кН\м; Р20=1,015∙9,81∙0,426∙16,65/16,43 = 4,294 кН\м; Выталкивающая сила, действующая на элементы. ![]() g –ускорение свободного падения (9,81 м/с^2); V-объем элемента; l –длина труб; Пояса: Vп = ![]() Рп= 1,015∙9,81∙4,67= 46,499 кН; Раскосы: V5,3= ![]() Р5,3= 1,015∙9,81∙1,56= 15,533 кН; V13,3= V20= ![]() Р13,3= Р20= 1,015∙9,81∙2,35= 23,399 кН; 5. Расчет элементов стальных конструкций при центральном растяжении и сжатии. Расчет элементов сплошного сечения. [3] Расчет на прочность элементов из стали с нормативным сопротивлением ![]() ![]() Площадь элемента конструкции находят по: ![]() Где N-сила при центральном сжатии; Ry-расчетное сопротивление стали сжатию; γс-коэффициент условий работы (γс=1); Сталь: С245: Ry= 240 Н/мм2; Сила при центральном сжатии, N: -Стойки: 7293,1 кН; -Раскосы: 2405,1 кН; - Пояса: 893,1 кН; - Внутр. пояса: 520,9 кН; Площадь элемента конструкции: - Стойки: А= ![]() - Раскосы: А= ![]() - Пояса: А= ![]() - Внутр. пояса: А= ![]() ![]() ![]() Где φ-коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при 𝜆̅ ≥0,6 следует определять по формуле: ![]() Значение коэффициента δ в формуле следует вычислять по формуле: ![]() где ![]() Е- модуль упругости (2,1∙105 МПа= 2,1∙1011 Н/м2; α и β- коэффициенты, определяемые по таблице 7 [4] в зависимости от типов сечений; α= 0,03; β= 0,06; ![]() l-длинна элемента; i-момент инерции. Проверка элемента конструкции на устойчивость: - Стойки: из [4] диаметр внешний, d= 920 мм; толщина стенки, t=11 мм; радиус инерции сечения, i= 32,14 см= 0,3214 м; площадь поперечного сечения, А= 314,13 см2; λ= ![]() λ= ![]() δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙4,11)+4,112= 28,9; φ= ![]() ![]() ![]() ![]() толщина стенки, t=7 мм; радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м; площадь поперечного сечения, А= 137 см2; λ= ![]() λ= ![]() δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙2,61)+2,612= 17,93; φ= ![]() ![]() ![]() ![]() толщина стенки, t=7 мм; радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м; площадь поперечного сечения, А= 137 см2; λ= ![]() λ= ![]() δ=9,87∙(1-0,03+0,06∙3,84)+3,842=26,6; φ= ![]() ![]() ![]() ![]() толщина стенки, t=7 мм; радиус инерции сечения, i= 22,03 см= 0,22 м; площадь поперечного сечения, А= 137 см2; λ= ![]() λ= ![]() δ= 9,87∙(1-0,03+0,06∙2,24)+2,242= 15,92; φ= ![]() ![]() ![]() Расчет сварного соединения. [3] Расчет сварного соединения с угловыми швами, при действии силы N, проходящей через центр тяжести соединения, следует выполнять на срез (условный) по одному из двух сечений (рисунок 20) по формулам: ![]() где 𝑙𝑤- расчетная длина швов в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом по 1 см на каждом непрерывном участке шва; 𝛽𝑓,𝛽𝑧 - коэффициенты, принимаемые по таблице 39. 𝑘𝑓 – катет углового шва; 𝑅𝑤𝑧 –расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления; 𝑅𝑤𝑓 –расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва; 𝛾с - коэффициент условий работы. - Стойка: 𝑙𝑤= Ртр- 1см= 3,14∙920- 10= 2888,8- 10= 2878,8 мм; 𝑘𝑓= t∙1,2= 11∙1,2= 13,2 мм; 𝛾с= 1; 𝛽𝑓=1,1 мм, 𝛽𝑧=1,15 мм; 𝑅𝑤𝑓= ![]() ![]() 𝑅𝑤𝑧=0,45∙Run=0,45∙370= 167; ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Список используемой литературы 1. СП (Строительные Правила) 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. 2. СП (Строительные Правила 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (Волновые, ледовые и от судов). 3. СП (Строительные Правила) 16.13330.2017 Стальные конструкции. 4. Сортамент стальных электросварных прямошовных труб ГОСТ 10704-91 |